Przedstawiamy szczegółowy protokół do konstruowania i sprawdzania bibliotek mutantów dla kampanii ukierunkowanej ewolucji u Saccharomyces cerevisiae.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Przedstawiamy szczegółowy protokół do konstruowania i sprawdzania bibliotek mutantów dla kampanii ukierunkowanej ewolucji u Saccharomyces cerevisiae.
Ukierunkowana ewolucja u Saccharomyces cerevisiae oferuje wiele atrakcyjnych korzyści podczas projektowania enzymów do zastosowań biotechnologicznych, procesu, który obejmuje budowę, klonowanie i ekspresję zmutowanych bibliotek, w połączeniu z homologiczną rekombinacją DNA o wysokiej częstotliwości in vivo. W tym miejscu przedstawiamy protokół tworzenia i badania przesiewowego zmutowanych bibliotek drożdży na przykładzie grzybowej oksydazy aryloalkoholowej (AAO) w celu zwiększenia jej całkowitej aktywności. Dwa segmenty białka poddano ukierunkowanej ewolucji poprzez mutagenezę losową i rekombinację DNA in vivo. Zwisy ~50 pz po bokach każdego segmentu pozwoliły na prawidłowe ponowne złożenie genu fuzji AAO w zlinearyzowany wektor, dając początek pełnemu autonomicznie replikującemu się plazmidowi. Biblioteki mutantów wzbogacone o funkcjonalne warianty AAO poddano badaniom przesiewowym w supernatantach S. cerevisiae za pomocą czułego wysokoprzepustowego testu opartego na reakcji Fentona. Opisany tutaj ogólny proces budowy biblioteki u S. cerevisiae może być łatwo zastosowany do ewolucji wielu innych genów eukariotycznych, unikając dodatkowych reakcji PCR, rekombinacji DNA in vitro i etapów ligacji.
Ukierunkowana ewolucja molekularna to solidna, szybka i niezawodna metoda projektowania enzymów1, 2. Poprzez iteracyjne rundy losowych mutacji, rekombinacji i badań przesiewowych można wygenerować ulepszone wersje enzymów, które działają na nowe substraty, w nowych reakcjach, w środowisku nienaturalnym, a nawet pomagają komórce osiągnąć nowe cele metaboliczne3-5. Wśród gospodarzy wykorzystywanych w ewolucji ukierunkowanej, drożdże piwne Saccharomyces cerevisiae oferują repertuar roztworów do funkcjonalnej ekspresji złożonych białek eukariotycznych, które nie są inaczej dostępne w prokariotycznych odpowiednikach6,7.
Używany wyczerpująco w badaniach nad biologią komórki, ten mały model eukariotyczny ma wiele zalet pod względem modyfikacji potranslacyjnych, łatwości manipulacji i efektywności transformacji, z których wszystkie są ważnymi cechami dla inżynierii enzymów przez ukierunkowaną ewolucję8. Co więcej, wysoka częstotliwość rekombinacji homologicznego DNA u S. cerevisiae w połączeniu z wydajnym aparatem do korekty otwiera szeroki wachlarz możliwości tworzenia bibliotek i składania genów in vivo, sprzyjając ewolucji różnych systemów, od pojedynczych enzymów do złożonych sztucznych szlaków9-12. Nasze laboratorium poświęciło ostatnią dekadę na projektowanie narzędzi i strategii ewolucji molekularnej różnych ligninaz w drożdżach (oksydoreduktazy biorących udział w degradacji ligniny podczas naturalnego rozkładu drewna)13-14. W niniejszym komunikacie przedstawiamy szczegółowy protokół przygotowania i badań przesiewowych zmutowanych bibliotek u S. cerevisiae pod kątem modelowej flawooksydazy, oksydazy -aryloalkoholowej (AAO15)-, którą można łatwo przetłumaczyć na wiele innych enzymów. Protokół obejmuje metodę ukierunkowanej ewolucji (MORPHING: Mutagenic Organized Recombination Process by Homologous in vivo Grouping) wspomaganą przez aparat komórkowy drożdży16 oraz bardzo czuły test przesiewowy oparty na reakcji Fentona w celu wykrycia aktywności AAO wydzielanej do bulionu hodowlanego17.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Budowa biblioteki mutantów
2. Wysokoprzepustowy test przesiewowy (Rysunek 3)
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
AAO z P. eryngii to zewnątrzkomórkowa flawooksydaza, która dostarcza grzybowym peroksydazom H2O2 w celu zainicjowania degradacji ligniny. Dwa segmenty AAO poddano ukierunkowanej ewolucji metodą MORPHING w celu zwiększenia jej aktywności oraz ekspresji w S. cerevisiae 19. Niezależnie od obcych enzymów występujących w S. cerevisiae, najbardziej krytyczną kwestią przy tworzeniu bibliotek mutantów w drożdżach jest zaprojektowanie spe...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W tym artykule podsumowaliśmy większość wskazówek i sztuczek stosowanych w naszym laboratorium w celu inżynierii enzymów poprzez ukierunkowaną ewolucję u S. cerevisiae (na przykładzie AAO), tak aby można je było dostosować do użytku z wieloma innymi systemami enzymów eukariotycznych, po prostu postępując zgodnie z powszechnym podejściem opisanym tutaj.
Jeśli chodzi o tworzenie bibliotek, MORPHING jest szybką, jednoetapową metodą wprowadzania i rekombinacji losowych mutacji w małych od...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez projekt Komisji Europejskiej Indox-FP7-KBBE-2013-7-613549; a Cost-Action CM1303-Systems Biocatalysis; oraz Krajowe Projekty Dewry [BIO201343407-R] i Cambios [RTC-2014-1777-3].
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 1. Pożywki hodowlane | |||
| Ampicillin sól sodowa | Sigma-Aldrich | A0166 | CAS Nº 69-52-3 M.W. 371.39 |
| Bacto Agar | Difco | 214010 | |
| Cloramphenicol | Sigma-Aldrich | C0378 | CAS Nº 56-75-7 M.W. 323.13 |
| D-(+)-Galactose | Sigma-Aldrich | G0750 | CAS Nº 59-23-4 M.W. 180.16 |
| D-(+)-Glukoza | Sigma-Aldrich | G5767 | CAS Nº 50-99-7 M.W. 180.16 |
| D-(+)-rafinoza pentahydrat | Sigma-Aldrich | 83400 | CAS Nº 17629-30-0 M.W. 594.51 |
| Pepton | Difco | 211677 | |
| Fosforan potasu jednozasadowy | Sigma-Aldrich | P0662 | CAS Nº 7778-77-0 M.W. 136.09 |
| Uracyl | Sigma Aldrich | U1128 | |
| Ekstrakt drożdżowy | Difco | 212750 | |
| Drożdżowa baza azotowa bez aminokwasów | Difco | 291940 | |
| Syntetyczne suplementy drożdżowe bez uracylu | Sigma-Aldrich | Y1501 | |
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
| 2. Reakcje PCR | |||
| dNTP Mix | Agilent genomics | 200415-51 | 25 mM każdy |
| iProof Polimeraza DNA o wysokiej wierności | Bio-rad | 172-5301 | |
| Tetrahydrat chlorku manganu(II) | Sigma-Aldrich | M8054 | CAS Nº 13446-34-9 MWW 197.91 |
| Taq DNA Polimeraza | Sigma-Aldrich | D4545 | Dla błędu podatny PCR |
| Nazwa< | silny>Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
| 3. Linearyzacja plazmidu | |||
| Enzym restrykcyjny BamHI | New England Biolabs | R0136S | |
| Albumina surowicy bydlęcej | New England Biolabs | B9001S | |
| Enzym restrykcyjny XhoI | New England Biolabs | R0146S | |
| Enzym restrykcyjny Not I | England Biolabs | R0189S | |
| Gel Red | Biotium | 41003 | Do barwienia DNA |
| strong>Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
| >4. Testy FOX | |||
| Ammonium siarczan żelaza(II) | sześciowodny Sigma-Aldrich | F3754 | CAS Nº 7783-85-9 M.W. 392.14 |
| Anysil Alcohol | Sigma Aldrich | W209902 | CAS Nº 105-13-5 M.W. 138.16 |
| D-Sorbitol | Sigma-Aldrich | S1876 | CAS Nº 50-70-4 M.W. 182.17 |
| Nadtlenek wodoru 30% | Merck Millipore | 1072090250 | FOX krzywa standardowa |
| Ksylenol Pomarańczowa sól disodowa | Sigma-Aldrich | 52097 | CAS Nº 1611-35-4 M.W. 716.62 |
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
| 5. Żel agarozowy stuff | |||
| Agarose | Norgen | 28035 | CAS Nº 9012-36-6 |
| Gel Red | Biotium | 41003 | Barwnik do analizy DNA |
| GeneRuler 1kb Ladder | Thermo Scientific | SM0311 | DNA M.W. standard |
| Barwnik ładujący 6x | Thermo Scientific | R0611 | |
| Agaroza o niskiej temperaturze topnienia | Bio-rad | 161-3112 | CAS Nº 39346-81-1 |
| Nazwa | Company | Numer katalogowy | Komentarze |
| 6. Zestawy i komórki | |||
| S. cerevisiae szczep BJ5465 | LGC Promochem | ATTC 208289 | Szczep z niedoborem proteazy o genotypie: MATα ura3-52 trp1 leu2-delta1 his3-delta200 pep4::HIS3 prb1-delta1.6R can1 GAL |
| E. coli XL2-Blue kompetentne komórki | Agilent genomics | 200150 | Do oczyszczania i amplifikacji plazmidu |
| NucleoSpin Gel i zestaw | do czyszczenia PCRMacherey-Nagel | 740,609,250 | Ekstrakcja żelu DNA |
| Zestaw plazmidów NucleoSpin | Macherey-Nagel | 740,588,250 | Zestaw miniprep kolumny |
| Zestaw do transformacji drożdży | Sigma-Aldrich | YEAST1-1KT | W zestawie nośnik DNA (jądra łososia) |
| Zymoprep miniprep plazmidu drożdżowego I | Badania Zymo | D2001 | Ekstrakcja plazmidu z drożdży |
| Nazwa | Company< | strong>Numer katalogowy | Komentarze |
| 7. Płytki | |||
| 96-dołkowe | Greiner Bio-One | 655101 | Przezroczyste, niesterylne, polistyrenowe (do pomiarów aktywności) |
| Płytki 96-dołkowe | Greiner Bio-One | 655161 | Przezroczyste, sterylne, polistyrenowe (do mikrofermentacji) |
| Pokrywka płytki 96-dołkowej | Greiner Bio-One | 656171 | Clear, sterylna, polistyren (do mikrofermentacji) |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.